全球性數值地形模型之整合 - 研究成果 - 環境正義視野下的流域治理：石門水庫集水區上游泰雅族部落永續發展策略之行動研究-以整合式空間資訊系統輔助流域治理政策之研究(II)

4 研究成果

4.1 全球性數值地形模型之整合

型︽根據Muller and Lin�2009的報告︽了解 SRTM DTM 具備較佳空間幾何精度︽而ASTER DTM 具備較佳空間解析度︽

InSAR 是以兩幅雷達影像依據干涉原理計算地形的技術︽本計畫為主要使用 Doris 軟體執行 InSAR 技術︽InSAR 研究成果可以依據同調性影像�Coherence image以及干涉條紋圖�Interferogram image 判斷成果︽同調性影像是為評斷該位置於兩雷達影像設像期間內有無一致性︽通常較高的同調性會有較大的機率能於干涉條紋影像中生成代表地形之干涉條紋〈以下針對 ENVISAT ASAR 以及 ALOS PALSAR 兩類型雷達影像分別呈現研究成果︽說明此兩類型成果影像內容︽並加以判識〈

A︾ENVISAT ASAR

本計畫以歐洲太空總署所提供之ENVISAT VOR 衛星精密軌道參數計算像對的基線與垂直基線︽ ENVISAT2004 2004/08/28 2004/10/02 744.1 755.9 ENVISAT2006 2006/09/02 2006/10/07 -923.5 980.7 ENVISAT2008 2008/01/05 2008/02/09 567.9 610.2 (a) ENVISAT2004 像對成果「

由圖八可得知︽ENVISAT2004 像對的同調性影像於平原地區擁有好的同調性︽因此在生成干涉條紋圖時︽主要於同調性高的地區可以得到較成功的干涉條紋〈此像對於非河床部分有兩大區域有生成干涉條紋︽圖九放大說明像對中的範圍 2︽圖八(a)同調性影像較亮部分對應於圖九(b)干涉條紋︽可以發現在同調性佳的地區︽比較容易生成干涉條紋︽因為ENVISAT 雷達波長為 5.6 公分︽干涉條紋每一

個色彩週期為二分之一個波長大小的地形起伏︽因此干涉條紋位於山區︽故干涉條紋較為密集︽表示地形坡度較陡︽相應圖九(c)正射影像︽可以發現擁有干涉條紋圖的地區︽為較無植被覆蓋的地區︽印證C 波段雷達波長不易於植被覆蓋地區得到良好的回訊〈

�a �b

圖八 ENVISAT ASAR 2004�a同調性影像�b干涉條紋圖

�a �b �c

圖九 ENVISAT2004 範圍 2 之�a同調性影像�b干涉條紋圖�c正射影像 (b) ENVISAT2006 像對成果「

在像對 ENVISAT2006 的同調性影像中︽幾乎無法辨識同調性較高的地區︽而因此像對的低同調性︽影像干涉條紋的生成︽喪失InSAR 技術獲取地形的可能〈本計畫推斷此低同調性的原因來自於兩張影像獲取期間的天氣條件︽6~9 月為實驗地區雨季︽該實驗區內降雨不斷︽導致兩幅雷達影像獲取時降低了像對間的同調性︽使得此像對無法得到研究所需資訊〈

�a �b

圖十 ENVISAT2006�a同調性影像�b干涉條紋圖

2008 年成果於四主要範圍擁有較佳的成果︽在同調性影像�圖十一上可以明顯的看出部分同調性高的地區︽主要為無植被覆蓋的河床水系〈圖十二為2008 年範圍 4 的水系︽擁有較高的同調性︽並可得到部分干涉條紋︽然因河床水系面積或於狹長︽無法擁有較大範圍的高同調性地區︽導致干涉條紋的生成困難〈

�a �b

圖十一 ENVISAT2006 像對�a同調性影像�b干涉條紋圖

�a �b �c

圖十二 ENVISAT2008 範圍 4�a同調性影像�b干涉條紋圖�c正射影像

ENVISAT ASAR 三組像對成果雖有部分地區擁有好同調性︽並顯現出代表地形的干涉條紋︽但因 ENVISAT ASAR 波長長度過小�5.6cm︽容易因山區覆蓋的植生而喪失同調性︽於石門水庫集水區內無明顯成果︽另外此實驗區內氣候易形成水氣滯留︽使得影像品質下降︽同樣也是導致此三組像對成果不佳的原因〈

B︾ALOS PALSAR

不同於ENVISAT 衛星雷達影像︽ALOS PALSAR 使用 23.5 公分之 L 波段雷達訊號︽較有機會穿透地表植被到達地面︽用以獲取地形資訊〈表四為本計畫針對實驗區所選取的影像資訊〈

(a) ALOS PALSAR 2007 年像對�ALOS2007成果「

第一組像對於 2007 年初 1︾2 月間取得︽為實驗區冬季︽較少颱風發生的可能︽但石門水庫集水區位於山區高地︽低溫使得空氣中水氣凝結︽影響了雷達訊號記錄地形資訊〈圖?中可檢視此像對位於都市平原地區擁有相當高的同調性︽對應於干涉條紋圖也擁有相當的干涉條紋產生〈圖?是以圖?中範圍 2 作說明︽呈現出同調性較佳的地區︽可以偵測出大範圍面狀的干涉條紋︽雖範圍 2 中的干涉條紋

較不明顯︽但仍可藉由同調性影像︽輔助判釋感涉條紋可能發生的地區〈

表四 ALOS PALSAR InSAR 像對資訊

像對編號主影像

�年/月/日

從影像

�年/月/日

Offset�pixel / line

ALOS2007 2007/01/12 2007/02/27 -265, 87 ALOS0708 2007/11/30 2008/01/15 -37, 178 ALOS2010 2010/01/20 2010/03/07 -44, -98

圖十三 ALOS2007�a同調性影像�b干涉條紋圖

圖十四 ALOS2007 範圍 2�a同調性影像�b干涉條紋圖 (b) ALOS PALSAR 2007-2008 年像對�ALOS0708成果「

2007 年底至 2008 年初影像生成的同調性影像與干涉條紋圖為圖十五︽由圖可發現同調性高的地區位於影像底部︽唯一不規則長條形︽同調性高的範圍不與地物以及地形擁有一定的相關︽推論可能為資料問題︽導致高同調性只位於此一區域︽尚無完整資訊證實此一推論〈因應同調性影像︽相同區域的干涉條紋及擁有較為明顯且大範圍的干涉條紋圖生成�圖十六︽由圖十六(b)可發現干涉條紋圖是由許多近似平行的干涉條紋所組成︽由於此類較細小的干涉條紋紋理接近︽且因干涉條紋周期的循環代

表著地形的起伏︽故本計畫推斷此類干涉桃紋可能為軌道或其他大氣效應所形成的誤差〈

圖十五 ALOS0708�a同調性影像�b干涉條紋圖

�a

�b

圖十六 ALOS0708 範圍 1 影像�a同調性影像�b干涉條紋圖 (c) ALOS PALSAR 2010 年像對�ALOS2010成果「

2010 年像對雖與 2007 年像對同樣於冬季獲取影像︽但仍因為其他因素導致低同調性︽相較於整幅影像︽圖十七中的範圍1 擁有一長條狀高同調性區域�圖十八︽對應至干涉條紋圖︽也可發現代表地形的干涉條紋︽而其他則接近雜訊〈

ALOS PALSAR 所組成的三組像對︽雖於部分同調性較佳的地區擁有干涉條紋的產生︽但其干涉條紋中明顯的包含其他誤差的存在︽或是範圍狹小不明確︽甚至無法有效的獲得干涉條紋︽且同調性高的區域皆非本計畫欲研究的實驗地區︽使得InSAR 成果無法推估本計畫實驗區內的地形〈L 波段雷達影像相較於C 波段雷達影像擁有較多的可能獲取干涉條紋︽但因影像所記錄的雷達訊號可能包含其他誤差︽導致三組像對高同調性地區沒有重疊︽預計將影響後續D-InSAR 處理〈

圖十七 ALOS2010�a同調性影像�b干涉條紋圖

圖十八 ALOS2010 範圍 1�a同調性影像�b干涉條紋圖 4.2.2 D-InSAR

合成孔徑雷達差分干涉技術係利用不同時期所產生的干涉條紋圖︽獲得變形前代表地形資訊的地形對干涉條紋圖︽以及包含地形以及變形的變形對干涉條紋圖︽依據差分原理去除兩干涉條紋圖所包含相同的地形訊息與其他雜訊後︽得到因地表變形所產生的相位差距︽且同樣以干涉條紋呈現〈然本計畫執行InSAR 技術後︽於 ENVISAT ASAR 與 ALOS PALSAR 兩類型雷達影像所組成的像對中︽皆無法有效獲得本實驗地區完整且連續的地形資訊︽因此無法提供D-InSAR 所需要的良好干涉條紋︽使得本計畫目前無法藉由SAR 影像與技術獲得該實驗區地形變化情形〈

4.2.3 小結

InSAR 與 D-InSAR 技術近年來被大量的應用在獲取地表資訊以及偵測地形變化上︽然技術上仍受限於影像品質以及實驗區植被覆蓋的情況所影響︽本計畫雖依據雷達波長理論︽選用L 波段�23.5 公分ALOS PALSAR 影像對實驗區進行 InSAR 技術︽但仍受限於地表森林覆蓋︽無法得到山區較高的同調性︽因此無法獲取代表地形的干涉條紋〈為改善此問題︽本計畫後續將嘗試採用永久散射體雷達干涉技術�Persistent Scatterer, PS-InSAR︽利用多幅雷達影像︽藉由永久散射體概念︽得到同調性高的雷達訊號︽對區域內變化情形進行連續性的監測〈

4.3 空間圖資之整合

根據評審意見︽為能使子計畫之間能夠共享其所使用的資料或是調查的成果︽以達資源共享以及後續資源整合的目的︽在第一年計畫執行期間內已完成空間圖資之整合工作︽主要工作項目是整理各子計畫現有涵蓋研究區之各類空間圖資︽並參考林俊全�2003針對網格式資料所使用之坐標轉換程序︽以及中央研究院�2006設計之 ShpTrans 坐標轉換程式︽將各筆資料統一至 TWD97 坐標系統〈

目前已完成之資料︽依向量與網格式資料分別列表整理如下「

A︾向量式資料

土石流︾玉峰集水區︾秀巒白石溪流域︾尖石鄉行政區界︾玉峰村行政區界︾玉峰村區界內之崩塌地︾尖石鄉區界內土石流潛勢溪流︾尖石鄉區界內林班地︾尖石鄉區界內崩塌地︾尖石鄉區界內潛勢溪流影響範圍︾秀巒村行政區界︾秀巒村區界內崩塌地︾新光鎮西堡行政區界︾2004 年土地使用圖︾

2005 年土地使用圖︾2006 年土地使用圖︾尖石鄉門牌︾尖石鄉傳統領域點資料︾尖石鄉傳統領域面資料︾竹子分布區︾2006 年滑波地區︾尖石鄉鄰近道路︾尖石鄉鄰近的河流︾玉峰分布住址等〈

B︾網格式資料「

尖石鄉兩萬五千分之一等高線圖︾尖石鄉局部航測數值地形模型︾尖石鄉航照圖等〈

圖十九空間圖資展示 – 數值地形模型與航空正射影像之套疊

圖二十空間圖資展示 – 玉峰︾秀鑾與尖石鄉之住戶地址︾河流︾道路︾原住民保留地︾竹林與前述網格式圖形之套疊

圖二十一空間圖資展示 – 2006 年土地使用圖與前述各項圖形之套疊 4.4 圖資共享機制

於統整所有空間資料的坐標系統後︽本計畫將整理後的資料存放於網路儲存系統�Network-attached storage, NAS︽利用此系統實現空間與非空間圖資之共享︽透過網路連線︽方便使用者在各處登入此系統進行資料瀏覽及管理�圖二十二〈在總計畫的圖資共享機制下︽為六個子計畫分別建立資料夾︽

各資料夾由各子計畫指定一名管理人負責增刪使用者︾定期整理檔案︾增減資料夾等管理工作〈目前每個子計畫預設的檔案架構以及該檔案夾所存放資料內容如下圖二十三所示︽各子計畫之間亦設有權

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